Visa tiesa apie kamienines ląsteles (1)

 Iš pradžių pasaulis praranda ryškumą, tarsi viską stebėtum per rūką. Palaipsniui vis sunkiau darosi skaityti ir rašyti, atpažinti veidus. Galiausiai ateina tamsa.  Tokia sutrumpinta ligos, vadinamos makulos degeneracija, istorija. Akies tinklainėje esančios šviesai jautrios ląstelės pakinta, sutrinka jų funkcija, todėl palaipsniui prarandamas regėjimas.

Makulos degeneracija yra vyresnio amžiaus žmonių liga, dažniausiai pasireiškianti vyresniems nei 65 metų žmonėms. Kitas, kur kas retesnis regėjimo sutrikimas, vadinamas Stargardto makuline distrofija, diagnozuojamas ir jaunesniems žmonėms. Šios ligos atveju tinklainėje palaipsniui pradeda kauptis  riebalinės ląstelės, šviesai jautrios ląstelės-receptoriai palaipsniui degeneruoja ir regėjimas silpnėja iki visiško apakimo.

Šiuo metu intensyviai tiriamas gydymo metodas, kuris regėjimą galėtų išgelbėti nuo abiejų ligų kenčiantiems pacientams. Receptorius turinčios ląstelės, suleidžiamos į tinklainę, galėtų ten įsitvirtinti ir pakeisti žuvusias ląsteles. Šios pakaitinės ląstelės, naudojamos injekcijoms, gaunamos iš žmogaus kamieninių ląstelių.

Gali virsti bet kuria iš 220 ląstelių rūšių

  Kamieninės ląstelės yra pliuripotentinės. T. y. jos gali virsti bet kuria iš 220 organizme esančių ląstelių rūšių. Viena kamieninė ląstelė gali pasidauginti į milijoną kitų, jų gebėjimas daugintis iš esmės neribotas.

Ši savybė padaro kamienines ląsteles potencialiai vertingas ateities medicinai. Jos suteikia galimybę mokslininkams geriau suvokti organizmo vystymąsi, atlikti vaistų tyrimus be rizikos pakenkti pacientams. Kamieninės ląstelės gali pakeisti žuvusias tinklainės, raumenų, smegenų ir odos ląsteles. Tereikia priversti jas augti ir daugintis ten, kur jos reikalingos, kad pakeistų žuvusį audinį.

Kamienines ląsteles turi beveik visi daugialąsčiai organizmai, pradedant slieku ar pele ir baigiant žmogumi. Jos skirstomos į tris rūšis: embrioninės kamieninės ląstelės, suaugusios kamieninės ląstelės ir indukuotos pliuripotentinės kamieninės ląstelės. Kiekviena jų pąsižymi skirtingomis savybėmis, turi savų pranašumų ir trūkumų.

Embrioninė kamieninė ląstelė susiformuoja jau pirmosiomis organizmo atsiradimo minutėmis, spermatozoidui susiliejus su kiaušialąste ir susidariusiai ląstelei – zigotai – pradėjus dalintis. Šios pirmosios ląstelės yra pliuripotentinės, tik vėliau jos įgyja skirtingas vystymosi kryptis – šis procesas vadinamas diferenciacija. Embrionui susiformavus į suaugusį organizmą daugelis ląstelių būna pasiekusios savo galutines diferenciacijos stadijas, tačiau nedidelė dalis jų lieka išimtis– jos tebeturi galimybę daugintis ir diferencijuotis įvairiomis kryptimis. Šios ląstelės dažniausiai randamos audiniuose, kurie greitai regeneruoja – kraujuje, odoje, gleivinėse. Tačiau jų nustatyta ir smegenyse,

kurios atsinaujina kur kas mažiau intensyviai. Tokios ląstelės vadinamos multipotencinėmis, jos skiriasi nuo pliuripotentinių ląstelių tuo, kad negali diferencijuotis į bet kurią iš 220 ląstelių rūšių. Nervų sistemoje randamos kamieninės ląstelės, pavyzdžiui, gali virsti kelių rūšių nervinėmis ląstelėmis, tačiau iš jų jokiomis sąlygomis negalėtų susiformuoti inkstų ar kepenų audiniai.

Per praėjusį dešimtmetį mokslo pasiekimų dėka pavyko nustatyti mechanizmus, kuriais reguliuojama ir sustabdoma ląstelės diferenciacija. Šių atradimų dėka mokslininkams pavyko paprastas ir diferenciaciją pabaigusias ląsteles paversti pliuripotentinėmis. Pakeičiant keleto genų ekspresiją  paprastą odos ląstelę galima priversti diferencijuotis atbuline kryptimi ir galiausiai virsti pliuripotentine. Tokios ląstelės vadinamos indukuotomis pliuripotentinėmis ląstelėmis. Mokslo pasiekimai ir gebėjimas manipuliuoti ląstelėje vykstančiais procesais atvėrė didžiules perspektyvas, nors šiandien dar lieka daug neatsakytų klausimų.

Kiekviena organizmo ląstelė turi vienodą genų rinkinį – genomą. Akies tinklainės ląstelė skiriasi nuo kepenų ląstelės todėl, jog jose „įjungti“ ir „išjungti“ skirtingi genai. Tinklainės ląstelėje aktyvūs genai, kurių produktai padaro ląstelę jautrią šviesai, o maisto medžiagų apdorojimą ir virškinimo sulčių sekreciją reguliuojantys genai neveiklūs. Kepenų ląstelėje viskas atvirkščiai. Mokslininkai ieškodami embrioninės ląstelės, kuri padėtų išgydyti aklumą, nustatė genus, kurie aktyvūs tinklainės ląstelėse. Pliuripotentines ląsteles paveikus tam tikromis cheminėmis medžiagomis ir laikant tam pritaikytoje aplinkoje jos diferencijuojasi į akies tinklainės ląsteles.

Perversmas: kamienines ląsteles pavyko išskirti iš organizmo

  Šie mokslo pasiekimai yra ilgo darbo ir tyrinėjimų vaisius. Vokiečių biologas Ernst Haeckel 1868 m. aprašydamas zigotą pirmasis pavartojo kamieninės ląstelės sąvoką. Nuo 1980 m. tyrinėjimai šioje srityje labai suaktyvėjo, tačiau perversmas pasiektas tik 1998 m., kai kamienines ląsteles pavyko išskirti iš organizmo ir auginti. James Thomson vadovaujama darbo grupė iš ankstyvos embriono stadijos, vadinamos blastocista, išskyrė kamienines ląsteles.

Mokslininkai blastocistas gavo iš vaisingumo klinikų ir centrų, kuriuose atliekant dirbtinį apvaisinimą paprastai suformuojama daugiau nei vienas embrionas. Nereikalingi embrionai paprastai užšaldomi arba sunaikinami, tačiau šiuo atveju gavus tėvų sutikimą jie buvo panaudoti mokslo tikslams.

Vidinė blastocistos dalis, iš kurios vėliau formuojasi vaisius, buvo inkubuota specialiose maisto medžiagų turinčiose mitybinėse terpėse. Izoliuotos ląstelės terpėse augo nesustodamos, kaip ir būdinga kamieninėms ląstelėms. Paprastos ląstelės miršta, kadangi jų DNR gali pasidalinti ribotą skaičių kartų. Dalijimąsi apriboja DNR galuose esantys jos segmentai, vadinami telomeromis. Dalijantis DNR jos kraštiniai segmentai visada lieka nenukopijuoti, todėl grandinė po kiekvieno pasidalijimo po truputį sutrumpėja, kol ląstelė nebetenka gebėjimo daugintis. Kamieninės ląstelės turi specialų fermentą telomerazę, kuris DNR prijungia galinius segmentus, kas padaro ląsteles praktiškai nemirtingas.

Tačiau vien gebėjimo daugintis be galo nepakanka, pliuripotentinės ląstelės turi gebėti diferencijuotis į bet kokią organizmo ląstelę. Embrionui augant įsčiose  visi organai ir audiniai susiformuoja iš vieno iš trijų sluoksnių – endodermos, mezodermos ir ektodermos. Pliuripotentinė ląstelė gali suformuoti bet kurį iš šių trijų gemalinių sluoksnių. Mokslininkai dažnai tiria, ar ląstelė pliuripotentinė, suleisdami jų pelytėms. Pliuripotentinės ląstelės

suformuoja auglius teratomas, kuriuose nustatomi visi trys gemaliniai ląstelių sluoksniai. James Thomson terpėse auginamos ląstelės išlaikė šį testą.

Turint ląsteles, kurios išskirtos ir auga terpėse, belieka paversti jas viena iš 220 reikalingų ląstelių rūšių. Deja, tai ne taip paprastai įgyvendinama. Makulos degeneracijos atveju jau nustatyta, kurios molekulės skatina ląstelių diferenciaciją į akies tinklainės ląsteles. Sąlygos, kuriomis  susiformuoja daugelis kitų ląstelių rūšių, ir jų transplantacijos ypatumai dar nenustatyti.

Apribojimai čia ne vien techniniai, bet ir etiniai – ne visi tyrimai su kamieninėmis ląstelėmis leidžiami moralinių įsitikinimų ir įstatymų. Religiniai ir kultūriniai įsitikinimai vaidina vieną svarbiausių vaidmenų. Katalikų bažnyčia teigia, jog gyvybė prasideda apvaisinimu, todėl zigotos, blastocistos ar embriono sunaikinimas laikomas nepriimtinu. Judaizmas ir islamas embriono dar nelaiko gyvu organizmu. Nemaža dalis prieštaravimų kyla iš nežinojimo, vis dar egzistuoja nuomonės, jog embrioninės ląstelės išgaunamos iš aborto metu pašalinamų embrionų, o ne iš blastocistų, kurios niekada ir nebus neimplantuojamos.

Neįmanoma tapo įmanoma

Ilgą laiką tarp mokslininkų vyravo nuomonė, jog diferencijuota ir išsivysčiusi ląstelė negali grįžti „atgal“ ir vėl tapti pliuripotentine. Buvo tiesiog daroma prielaida, kad diferencijuotoje ląstelėje pernelyg daug genų yra „išjungta“ ir „įjungta“. Kyoto universiteto mokslininkai Kazutoshi Takahashi ir Shinya Yamanaka įrodė, kad neįmanoma gali tapti įmanoma. Jie pelės odos ląsteles – fibroblastus – pavertė pliuripotentinėmis kamieninėmis ląstelėmis. Tai buvo pirmosios indukuotos pliuripotentinės kamieninės ląstelės. Japonų mokslininkai iškėlė hipotezę, kad „įjungę“ tam tikrus genus, kurie aktyvūs kamieninėse ląstelėse, ir inaktyvavę visus kitus genus, jie galėtų ląstelę paversti kamienine. Mokslininkai pasirinko 24 „įtartinus“ genus ir ilgą laiką eksperimentuodami su pelės fibroblastais išbandė įvairias jų kombinacijas. Pasirodė, jog pakanka keturių aktyvių genų kombinacijos, ir fibroblastai tampa pliuripotentinėmis kamieninėmis ląstelėmis. Šie genai yra vadinami Oct3/4, Sox2, c-Myc ir Klf4. Norėdami įrodyti, jog gautos ląstelės yra pliuripotentinės, Yamanaka ir bendradarbiai implantavo šias ląsteles į pelės embrionus ir įrodė, kad iš jų susiformavo normalios pelytės. Tą pačią savaitę  dar dvi mokslininkų grupės paskelbė apie panašius rezultatus. Progresas buvo greitas, praėjus mažiau nei šešiems mėnesiams vėl trys mokslininkų grupės paskelbė apie panašiais metodais pakeistas jau žmogaus kamienines ląsteles. Priminimui – nuo pirmųjų pelės embrioninių ląstelių iki Thomson atrasto žmogaus embrioninių ląstelių išskyrimo teko laukti daugiau nei 17 metų.

Vienas iš indukuotų kamieninių ląstelių pranašumų yra tas, jog jos gaunamos nenaudojant  embrionų. Tačiau indukuotos kamieninės ląstelės turi ir trūkumų, kuriuos pašalinti susikoncentravo mokslininkai. Iš paprastų ląstelių išgaunant kamienines naudojami genai, galintys padidinti vėžio riziką. Kitas pavojus glūdi virusuose, kurie naudojami į ląsteles įterpiant genus kaip vektoriai. Vienas iš genų, kuris buvo aktyvuotas išgaunant kamienines ląsteles, buvo c-Myc, kuris žinomas ir kaip onkogenas. C-Myc skatina ne tik normalių kamieninių, bet ir vėžinių ląstelių augimą – jį turinčioms pelytėms nustatyta didesnė piktybinių navikų išsivystymo rizika. 2008 m. Yamanaka darbo grupė pranešė, kad jiems pavyko susintetinti kamienines ląsteles be pavojingojo c-myc geno. Atradimas buvo atsitiktinis, tačiau paaiškėjo, kad šis genas nėra būtinas, tiesiog jį turinčios ląstelės auga ir dalijasi greičiau.

Bus daugiau

Jonas Korsakas